DE3109064A1 - METERING METHOD AND DEVICE FOR THE CONTROLLABLE DELIVERY OF OXYGEN AND LIQUIDS IN BIOLOGICAL SYSTEMS - Google Patents
METERING METHOD AND DEVICE FOR THE CONTROLLABLE DELIVERY OF OXYGEN AND LIQUIDS IN BIOLOGICAL SYSTEMSInfo
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Abstract
Description
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HOFFMANN · EITLE & PARTNERHOFFMANN · EITLE & PARTNER
PAT E N TAN WALTEPAT E N TAN WALTE
DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEllASTRASSE 4 (STERNHAUS) . D-8000 MD NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)DIPL.-ING. K. FDCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEllASTRASSE 4 (STAR HOUSE). D-8000 MD NCH EN 81 TELEPHONE (089) 911087 TELEX 05-29619 (PATH E)
Dr. Klaus Söchting, 8029 SauerlachDr. Klaus Söchting, 8029 Sauerlach
Dosierverfahren und Vorrichtung zur steuerbaren Abgabe von Sauerstoff und Flüssigkeiten in biologisch genutzte SystemeDosing method and device for the controllable delivery of oxygen and liquids in biologically used systems
Die Erfindung betrifft ein Dosierverfahren sowie eine Vorrichtung zur steuerbaren Abgabe von Sauerstoff und Flüssigkeiten in biologisch genutzte Systeme.The invention relates to a metering method and a device for the controllable delivery of oxygen and liquids in biologically used systems.
Auf verschiedenen Gebieten der Wartung biologischer Systeme besteht ein Bedarf nach einer gleichmässigen und gezielten Zuführung von Wirkstoffen über einen längeren Zeitraum hinweg, pies ist z.B. der Fall bei der Haltung von Tieren und Pflanzen in geschlossenen Räumen und im Freien, innerhalb und ausserhalb von Gewässern, wobei Sauerstoff, Wasser, Dünge-, Entgiftungs-, Pflanzenschutz- und Desinfektionsmittel zugeführt werden sollen.In various fields of maintenance of biological systems there is a need for an even and targeted supply of active ingredients over a longer period of time, pies is the case, for example, with keeping animals and plants indoors and outdoors, inside and outside outside of bodies of water, with oxygen, water, fertilizers, detoxification agents, pesticides and disinfectants being supplied should be.
Gebiete,auf denen das erfxndungsgemasse Verfahren wesentliche Vereinfachungen in Wartung und technischem Aufwand bringtAreas in which the method according to the invention is essential Simplifications in maintenance and technical effort
ο ι π <-·, r\ r*ο ι π <- ·, r \ r *
0306403064
bzw. Probleme erst befriedigend löst, sind im einzelnen:or problems are only solved satisfactorily, are in detail:
1. Sauerstoffversorgung, Entgiftung und Desinfektion in Aquarien und Freilandgewässern;1. Oxygen supply, detoxification and disinfection in Aquariums and open water bodies;
2. Giessen von Pflanzen und Versorgen von Tränken für Tiere, wobei dem Wasser geeignete Wirkstoffe zugesetzt werden können.2. Watering plants and watering for animals, with suitable active ingredients added to the water can be.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dosierverfahren sowie eine Dosiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher Sauerstoff und Flüssigkeiten über einen langen Zeitraum hinweg gleichmässig und ohne schädliche Nebenprodukte dem biologischen System zugegeben werden können.The object of the present invention is to provide a metering method and to provide a metering device with which oxygen and liquids over a long period Can be added to the biological system uniformly and without harmful by-products over a period of time.
Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren zur steuerbaren Abgabe von Sauerstoff und Flüssigkeiten gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dosierung mittels Treibgas erfolgt, das Treibgas durch kontinuierliche Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff mit Hilfe eines Katalysators gebildet wird, die Zersetzung des Wasserstoffperoxides in Etappen erfolgt, wobei in einem ersten Schritt nur ein Bruchteil der Gasmenge frei wird, eine weitere Zersetzung von Wasserstoffperoxid in einem weiteren oder mehreren mit dem ersten in Verbindung stehenden Behältern erfolgt.The above object is achieved by a method for the controllable delivery of oxygen and liquids, which is characterized in that the metering takes place by means of propellant gas, the propellant gas by continuous Decomposition of hydrogen peroxide to water and oxygen with the help of a catalyst is formed Decomposition of the hydrogen peroxide takes place in stages, in a first step only a fraction of the amount of gas is released, a further decomposition of hydrogen peroxide takes place in one or more containers in communication with the first.
Im weiteren wird die erfindungsgemässe Aufgabe durch eine Dosiervorrichtung gelöst, welche gekennzeichnet ist durch einen mit einem Steigrohr versehenen Behälter, welcher mit einem oder mehreren. Behältern in einer Kaskadenanordnung verbunden ist.In addition, the task according to the invention is achieved by a Dosing device solved, which is characterized by a container provided with a riser pipe, which with one or more. Containers is connected in a cascade arrangement.
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Das erfindungsgeitiässe Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung desselben zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Wasserstoffperoxid in wässriger Lösung durch formstabile Katalysatoren etappenweise -in Sauerstoff und reines Wasser zersetzt wird. Der in Wasserstoffperoxid in grosser Menge metastabil gespeicherte Sauerstoff wird dadurch gezielt und vollständig zum über lange Zeiträume hinweg gleichmässigen - d.h. ohne nennenswerten Trend - Austreiben von Flüssigkeiten und zur Sauerstoffversorgung verwendet.The method according to the invention and the device to carry out the same are distinguished in particular by the fact that hydrogen peroxide is in aqueous solution Is decomposed in stages by dimensionally stable catalysts into oxygen and pure water. The one in hydrogen peroxide Oxygen that is metastable stored in large quantities is thereby targeted and complete for a long time Evenly - i.e. without any significant trend - expulsion of fluids and oxygen supply over periods of time used.
Die Dosierung, d.h. die pro Zeiteinheit freigesetzte Menge Sauerstoff, der auch die abgegebene Flüssigkeitsmenge entspricht, ist proportional der aktiven Oberfläche eines festen Katalysators. Durch Wahl der Grosse der Oberfläche wird die Dosierung bei einer bestimmten Temperatur und Konzentration der Wasserstoffperoxidlösung festgelegt. Die Betriebsdauer bzw. das Wartungsintervall ergibt sich dann aus der Grosse des Vorrats im Dosierbehälter. In einem Liter handelsüblicher 3- bzw. 30-%iger wässriger Wasserstoffperoxidlösungen sind 10 bzw. 100 1 Sauerstoff unter Normalbedingungen metastabil gespeichert, die zum Austreiben entsprechender Flüssigkeitsmengen genutzt werden können.The dosage, i.e. the amount released per unit of time Oxygen, which also corresponds to the amount of liquid released, is proportional to the active surface of a solid Catalyst. By choosing the size of the surface, the dosage is at a certain temperature and Concentration of the hydrogen peroxide solution is set. The operating time or the maintenance interval results then from the size of the supply in the dosing tank. In One liter of commercially available 3 or 30% aqueous hydrogen peroxide solutions are 10 or 100 liters of oxygen metastable stored under normal conditions, which are used to expel appropriate amounts of liquid can.
Von zahlreichen infrage kommenden und untersuchten Katalysatoren erwies sich insbesondere eine spezielle Form von Aktivkohle und an geeignete Träger gebundener Braunstein als hinreichend aktiv, beständig und formstabil; insbesondere zeigte Braunstein eine hohe Benetzungsfähigkeit, was bei der Zersetzung zu kleinsten Bläschen führt, so dass mit diesem Katalysator eine Dosierung von Bruchteilen von ml/Tag eingestellt werden kann. Bei beiden Katalysatoren zeigte sich eine deutlich geringere als proportionale Abhängigkeit von der Konzentration der wässrigen Wasserstoffperoxidlösungen, was durch eine Art Sättigungseffekt erklärt werdenOf numerous possible and examined catalysts, a special form of was found to be in particular Activated charcoal and manganese dioxide bound to suitable carriers as sufficiently active, stable and dimensionally stable; in particular Brownstone showed a high wettability, what on decomposition leads to tiny bubbles, so that with this catalyst a dosage of fractions of ml / day can be adjusted. Both catalysts showed a significantly lower than proportional dependency on the concentration of the aqueous hydrogen peroxide solutions, which can be explained by a kind of saturation effect
Q -1Q -1
1 09Q641 09Q64
kann. Beide Katalysatoren zeigten eine Verdoppelung der Aktivität bei einer Temperaturerhöhung von jeweils 80C, was in weiten Bereichen der Aktivitätssteigerung biologischer Systeme entspricht.can. Both catalysts showed a doubling of the activity with a temperature increase of 8 ° C. in each case, which corresponds in wide areas to the increase in activity of biological systems.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sollen genormte Katalysatorstückchen in die H^O^-Lösung eingebracht werden. Ausserdem ist es möglich, den Boden und/oder die Wandungen der Behälter, die Innenseite des Steigrohres oder einen Teil davon mit einem festen Katalysator zu überziehen oder damit zu bestücken.According to a particular embodiment of the invention, standardized Catalyst pieces placed in the H ^ O ^ solution will. It is also possible to use the bottom and / or the walls of the container, the inside of the riser pipe or a To cover part of it with a solid catalyst or to equip it with it.
Das Dosiergerät besteht aus mehreren stabilen, durch Steigrohre miteinander verbundenen Behältern.The dosing device consists of several stable containers connected to one another by riser pipes.
Fig. 1 zeigt schematisch das universell einsetzbare Gerät, welches durch Beschränkung auf spezielle Anwendungsbereiche zweckmässig vereinfacht werden kann.Fig. 1 shows schematically the universally applicable device, which by restriction to special areas of application can be conveniently simplified.
Im Behälter A erfolgt die Dosierung, in den Behältern B und C wird die etappenweise Zersetzung von Wasserstoffperoxid fortgesetzt und abgeschlossen. Der Behälter D dient als Auffangbehälter, falls eine Zuführung von Wasser zu der zu dosierenden Flüssigkeit im Behälter E unerwünscht ist. Sauerstoff, der im Behälter A ausserhalb des Steigrohres freigesetzt ist, kann nicht entweichen und drückt die Lösung nach Behälter B, wo sich Entsprechendes jedoch jetzt an einer grossen, im übrigen beliebigen Katalysatorfläche abspielt und die Kaskade fortgesetzt wird.Dosing takes place in container A, while the gradual decomposition of hydrogen peroxide is continued in containers B and C and completed. The container D serves as a collecting container, if a supply of water to the to be dosed Liquid in container E is undesirable. Oxygen that is released in the container A outside the riser pipe can does not escape and presses the solution to container B, where However, something corresponding now applies to a large, otherwise arbitrary one Catalyst surface plays and the cascade continues.
Die Dosierung wird im Dosierbehälter A, dessen Wandung selbst nicht mit der Lösung reagieren darf, durch Wahl der Grosse der Katalysatoroberfläche, die sich mit der Lösung in Kontakt befindet und das Gas ausserhalb des Steigrohres abgibt,gesteuert. Dies kann geschehen durch die gezielte Zugabe genormter Katalysatorkügelchen oder durch einen grössern Block, der entweder durch einen verstell- ;;: baren "Hut"(a) mehr oder weniger von der Flüssigkeit abgeschirmt oder mehr oder weniger weit unter das Steigrohr gebracht wird. Die genannten Massnahmen können auch miteinander kombiniertThe metering is controlled in the metering container A, the wall of which itself must not react with the solution, by selecting the size of the catalyst surface that is in contact with the solution and emits the gas outside the riser pipe. This can be done through the targeted addition of standardized catalyst pellets or through a larger block, which is either through an adjustable ; ; : baren "hat" (a) is more or less shielded from the liquid or brought more or less far below the riser pipe. The measures mentioned can also be combined with one another
werden; die Steuerung kann mit der Hand (b) oder automatisch, etwa über den osmothischen Druck in einer Pfeffer'sehen Tonzelle geschehen.will; the control can be done by hand (b) or automatically, about the osmothic pressure in a pepper vision cell happen.
Für spezielle Anwendungsbereiche ergeben sich die beiden nachfolgend beschriebenen Vereinfachungen.The two simplifications described below result for special areas of application.
1. Bei Verwendung zur SauerstoffVersorgung, Entgiftung und Desinfektion in Aquarien und Freilandgewässern sind der Wirkstoff Wasserstoffperoxid und das Dosiermittel identisch. Es genügt daher, die Kombination des Dosierbehälters A mit der ersten Kaskadenstufe B. Eine grossräumige Austrittsöffnung, bei der das Dosiermittel dennoch vor eindringendem Wasser geschützt bleibt, wird erreicht, indem man den Behälter B derart mit einer Kuppel kombiniert, dass die Grundrisse verschiedene geometrische Figuren bilden, wie z.B. in Fig. 2 und 3 gezeigt wird; in diesem Fall bildet der Behälter einen Kreis und die Kuppel ein Quadrat.1. When used for oxygen supply, detoxification and For disinfection in aquariums and open water, the active ingredient hydrogen peroxide and the dosing agent are identical. It is therefore sufficient to combine the dosing container A with the first cascade stage B. A large-scale outlet opening, in which the dosing agent nevertheless penetrates Protected against water is achieved by combining the container B with a dome in such a way that the Plan views form various geometrical figures such as shown in Figures 2 and 3; in this case forms the container a circle and the dome a square.
Fig. 2 zeigt das vereinfachte Dosiergerät, dabei bedeutet 1 Ballast, 2 Behälterwandung, 3 Verschluss, 4 Abdeckung, 5 Kuppel, 6 Steigrohr, 7 Markierung, 8 Katalysator, 9 Luftpolster, A und B = Behälter,Fig. 2 shows the simplified dosing device, where 1 means ballast, 2 container wall, 3 means closure, 4 cover, 5 dome, 6 riser pipe, 7 marking, 8 catalyst, 9 air cushion, A and B = container,
Fig. 3 stellt die Aufsicht von Fig. 2 dar.FIG. 3 shows the top view of FIG.
In Funktion befindet sich das Gerät aufrecht im Wasser untergetaucht. Beim Einbringen in das Wasser schützt das Luftpolster unter der Kuppel vor einer Verdünnung der Dosierlösung. Der im Behälter B frei werdende Sauerstoff trägt nicht wesentlich zur Versorgung bei, da freier Sauerstoff nur sehr schwer in Wasser gelöst wird und kaum diffundiert; der frei werdende Sauerstoff dient lediglich zur Aufrechterhaltung eines Gaspolsters unter der Kuppel (Ventilwirkung),In operation, the device is submerged upright in the water. When placed in the water, the air cushion under the dome protects against dilution of the dosing solution. The oxygen released in the container B does not contribute significantly to the supply, since it is free oxygen is very difficult to dissolve in water and hardly diffuses; the oxygen released is only used for maintenance a gas cushion under the dome (valve effect),
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zur Erzeugung einer leichten Strömung (Verteilung des Wirkstoffes) und zur Aktivitätskontrolle (kleinste Undichtigkeiten bedeuten Inaktivität).to generate a light flow (distribution of the active ingredient) and for activity control (the smallest leaks mean inactivity).
Die wesentliche Wirkung wird durch das zum grössten Teil unzersetzt gebliebene Wasserstoffperoxid erreicht. Es ist vollständig wasserlöslich und diffundiert daher rasch auch in die entferntesten Winkel, die neuralgischen Punkte; es hebt das Redox-Potential des Wassers und oxidiert z.B. Schwefelwasserstoff und giftige Abbauprodukte von Eiweiss zu ungiftigen Stoffen; es tötet Wassertrüber, wie Kieselalgen und Bakterien bereits in einer für höhere Pflanzen und auch Fischbrut völlig unschädlichen Konzentration. Das Wasserstoffperoxid zersetzt sich an Glas und rauhen Oberflächen (z.B. Mulm), so dass dadurch das Wasser grossflächig mit freiem Sauerstoff angereichert und ein Anwachsen der Konzentration an Wasserstoffperoxid begrenzt wird.The main effect is achieved by the largely undecomposed hydrogen peroxide. It is completely soluble in water and therefore quickly diffuses into the most distant corners, the neuralgic points; it raises the redox potential of the water and oxidizes e.g. hydrogen sulfide and toxic breakdown products of protein to non-toxic substances; it kills cloudy water, such as diatoms and bacteria already in one for higher plants and also fry completely harmless concentration. The hydrogen peroxide decomposes on glass and rough Surfaces (e.g. Mulm), so that the water is enriched with free oxygen over a large area and a growth the concentration of hydrogen peroxide is limited.
Die Temperaturabhängigkeit der Dosierung ist der Zersetzungsgeschwindigkeit und dem Sauerstoffverbrauch im Gewässer angepasst. Der Vorrat an Wasserstoffperoxid und damit die Abmessungen des Gerätes können sehr klein gehalten werden, da z.B. in einer 30-%igen Lösung 17.500 χ soviel Sauerstoff metastabil gespeichert und optimal genutzt wird, als bei 25°C in gesättigtem Wasser gelöst ist. Ein besonders hervorzuhebender Vorteil des Gerätes ist es z.B., dass es im Freilandgewässer auch unter einer geschlossenen Eisdecke und langer als ein halbes Jahr problemlos funktioniert.The temperature dependence of the dosage is adapted to the rate of decomposition and the oxygen consumption in the water. The supply of hydrogen peroxide and thus the dimensions of the device can be kept very small, because, for example, 17,500 χ as much oxygen is metastable stored and optimally used in a 30% solution as is dissolved in saturated water at 25 ° C. A particularly noteworthy advantage of the device is, for example, that it in open water even under a closed ice cover and works fine for more than half a year.
2. Bei Verwendung zum Giessen von Pflanzen und Versorgen von Tränken für Tiere, wobei dem Wasser geeignete Wirkstoffe zugesetzt werden können, ist im allgemeinen eine geringfügige Verdünnung der Wirkstoffe mit Wasser ohne Bedeutung, und es kann auf den Auffangbehälter D.in. Fig. 12. When used for watering plants and supplying drinking troughs for animals, with the water suitable active ingredients can be added, a slight dilution of the active ingredients with water is generally irrelevant, and it can be placed on the D.in. Fig. 1
verzichtet werden. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die in Fig. 1 durch die Behälter B und C gebildeten Kaskadenstufen durch ein einfaches, hinreichend langes, mit Katalysatorbrockchen gefülltes Rohr ersetzt werden können. Verglichen mit der Zersetzungsgeschwindigkeit erfolgt der Konzentrationsausgleich von der Eintritts- bis zur Austrittsöffnung genügend langsam. Noch vorhandene Spuren in ppm-Bereich können eventuell auch noch im Flüssigkeitsbehälter E durch Katalysatoren abgebaut werden. Dosierbehälter und Zersetzungsrohr können leicht in dem um ein Vielfaches (10- bis 100-fach) grösseren Flüssigkeitsbehälter E untergebracht werden/ wie dies in Fig. 4 abgebildet ist.be waived. Furthermore, it has been shown that the cascade stages formed by the containers B and C in FIG by a simple, sufficiently long one with a catalyst chunk filled tube can be replaced. Compared to the rate of decomposition, that occurs Concentration equalization from the inlet to the outlet slow enough. Traces still present in the ppm range may also still be in the liquid container E are broken down by catalysts. Dosing tank and decomposition tube can easily be in the multiple (10 to 100 times) larger liquid container E can be accommodated / as shown in FIG. 4.
In Fig. 4 bedeutet 8 Katalysator, 10 Einfüllöffnung für Behälter A, 11 Steigrohr in Behälter A, 12 Zersetzungsrohr, 13 Einfüllöffnung für Behälter E, 14 Steigrohr in Behälter E.In Fig. 4, 8 means catalyst, 10 means filler opening for Container A, 11 riser pipe in container A, 12 decomposition pipe, 13 Filling opening for container E, 14 Riser pipe in container E.
Fig. 5 stellt die Aufsicht von Fig. 4 dar.FIG. 5 shows the top view of FIG.
Das sich in Betrieb befindliche Dosiergerät kann in beliebiger Weise an das zu versorgende System angebracht werden, und es können z.B. epiphytisch in grösserer Höhe wachsende Pflanzen vom Boden aus mit Wasser und Nährstoffen versorgt werden, etwa indem man das Steigrohr 14 mit einem Schlauch entsprechend verlängert.The dosing device that is in operation can be attached to the system to be supplied in any way and plants that grow epiphytically at greater heights can be supplied with water and nutrients from the ground be supplied, for example by the riser pipe 14 with a Hose extended accordingly.
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